褐煤基二维炭片的构筑与改性及电化学性能

碳量子点独特的量子限域效应、小尺寸效应以及丰富的表面缺陷及官能团,为其在电极材料的设计和构筑中提供了多元的可能性。以褐煤为原料,采用化学氧化法制备碳量子点(CQDs)。以CQDs为基本结构单元,采用冰模板法构筑二维炭片(CSs),经后续炭化改性制备改性炭片(CSs-t)。对样品的形貌及微观结构进行了系统表征并采用恒流充放电及循环伏安测试探究CSs-t用作钠离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:借助冷冻干燥过程中冰模板的作用,可实现零维CQDs到二维炭片的定向组装。在后续炭化过程中,炭化温度对CSs-t的微观结构有重要影响。当炭化温度为700℃时,CSs-700片层结构发育完整,横向尺寸可达微米级,具有适宜的表面杂原子含量(11.13%)。在连续导电网络作用下,CSs-700展示出优异的循环稳定性和良好的倍率性能。在50 mA/g的电流密度下首次充电比容量为161 mAh/g,对应的首次库伦效率为42.8%,当电流密度增大到2 A/g时,仍能保持63 mAh/g的比容量,在1 A/g大电流密度下经历1000次循环后容量保持率为101.6%。

荷叶基层次孔炭的制备及其电化学性能

以干燥荷叶为前驱体,经一步活化制备氮氧共掺杂层次孔炭。采用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附仪、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱对层次孔炭的形貌及微观结构进行表征。结果表明:当KOH与前驱体的质量比为1,活化温度为700℃时制备的层次孔炭(AC-1-700)呈现出不规则虫孔状形貌和相互连通的炭骨架,具备高比表面积(1229m^(2)/g)、高总孔容(0.550cm^(3)/g)、适度中孔率(18.7%)和高氮氧掺杂量(3.68%N和12.35%O)。在这些特征的协同作用下,在3mol/L KOH电解液体系中AC-1-700//AC-1-700超级电容器在0.05A/g电流密度下的单电极质量比电容达到260F/g,即使在5A/g下比电容仍保持208F/g。充放电循环10000次后电容保持率高达96.6%。